Цель опыта - это то, что намечено для исследования (установления нового, подтверждения известного), например, выяснить, необходим ли свет для образования крахмала в листьях.
Результат опыта - это фактическое, что получилось в опыте, наблюдается в конце его, например, крахмал имеется только в той части листа, которая находилась на свету.
Вывод из опыта - это умозаключение по постановке и результатам опыта, сделанное в соответствии с целью данного опыта, например: свет- необходимое условие для образования крахмала в листьях.
Учащиеся должны хорошо уяснить что, для того, что бы сравнить необходимо установить, найти общее, одинаковое у рассматриваемых (сравниваемых) объектов (растений, вариантов опыта) и то, что у них разное, чем они отличаются друг от друга. Сравнение - непременное действие в изучении, познании, и в частности в эксперименте.
Учебные опыты в этом разделе не однотипны по методике. Для многих из них необходим контроль в виде второго растения (части растения), прибора. В таком эксперименте две составные части - опыт и контроль.
Опытные растения в эксперименте - те, на которые оказывают определенное действие, чтобы узнать, к чему это приведет; контрольные растения находятся в тех же общих условиях, что и опытные, но не подвергаются каким - либо воздействиям. То, что произойдет с контрольными растениями в учебном эксперименте, заранее известно - как-то, что должно быть (например, семена, имеющие в достатке воду, доступ воздуха и тепло прорастут). И, тем не менее, контроль необходим в любом эксперименте как методе науки, чтобы убедится в том, что ожидаемое действительно происходит, и исключить возможные недоразумения и ошибки в эксперименте.(9) Так, например, семена в упомянутом опыте могут не прорасти, из-за потери всхожести; или в опыте по изучению дыхания семян зажженная свеча (лучина) может гаснуть в контрольном сосуде из-за того только, что объем его или размер входного отверстия слишком малы, т.е. недостаточны для горения.
Учащимся надо понять, что только при наличии контроля в эксперименте можно быть уверенным, что изменения, полученные в опыте, вызваны вашим воздействием на растение, а не чем-либо иным, случайным, неизвестным. Контрольный объект необходим для того, чтобы опыт был убедительным, доказательным. Сравнение результатов, полученных в опыте и контроле, сопоставление их с исходными условиями в эксперименте и приводит к выводу - решению поставленной задачи - достижению цели опыта.
Необходимо обращать внимание учащихся на то, что в эксперименте применяется «правило единственного различия». Оно требует, чтобы различие между опытом и контролем, между вариантами сложного (комплексного) опыта и контрольными растениями в нем всегда было только по одному условию - тому, необходимость или действие которого выясняется в конкретном эксперименте. Все другие условия должны быть одинаковыми. Только при этом условии вывод из опыта является единственно верным и доказательным. Следовательно, в опытах с несколькими вариантами - по выяснению условий, необходимых для того или иного явления, сравнивать надо поочередно растения с каждого варианта с контрольными - в соответствии с «правилом единственного различия». Учащимся надо понять, что сравнение вариантов друг с другом (а не с контролем) не может дать достоверных знаний, так как эти варианты различаются между собой более чем по одному условию.
Если постановка опыта (с учетом вариантов) является сложной в данных условиях, ее можно заменить несколькими элементарными опытами со схемой: контроль - опыт (например, «есть вода, воздух, тепло» - «есть вода, воздух, нет тепла»; «есть вода, воздух, тепло»- «есть вода, тепло, нет воздуха» и т.д.) Специальные исследования показали, что усложненная схема опыта является педагогически более эффективной при условии основательной работы с учащимися над опытом.[13]
Очень важно в этом разделе - с самого начала изучения биологии и знакомства с экспериментом - учить школьников анализировать опыт, делать выводы из его, а не объяснять результаты опыта имеющимися знаниями. Необходимо формировать логику учащихся на основе логики эксперимента, природы, а не наоборот. Плохо, когда ученики говорят: «Лучинка горит, потому что в банке есть кислород», вместо того, чтобы заключить из опыта: «Лучинка горит, значит, в банке есть (появился) кислород».
Особенностью биологических опытов в этом разделе является то, что с их помощью изучается сложные процессы жизнедеятельности растения, для понимания которых у учащихся еще нет или недостаточно знаний по физике, химии и некоторых других, составляющих практический опыт человека.
Поэтому биологический эксперимент в этом разделе ограничивается изучением внешней стороны явлений (обнаружение явления, выяснение необходимых для него условий, установление зависимости явления от изменения внешних условий), без выяснения существа и механизма процессов. Однако и при таком элементарном подходе к эксперименту нередко возникают проблемы с пониманием опыта учениками из-за отсутствия необходимых знаний на уровне убеждения. Так, например, учащимся, изучающим этот курс трудно представить, что щелочь поглощает углекислый газ. А без уверенности в этом вряд ли будет убедителен (понятен) опыт, демонстрирующий необходимость углекислого газа для фотосинтеза, в котором используется щелочь. Не все учащиеся бывают убеждены, что слой растительного масла, покрывающий воду, предотвращает испарение ее, и в том, что испарение воды из блюдца, на которое помещен прибор, обеспечивает охлаждение прибора и листа растения в нем.[30]
Для того чтобы помочь учащимся понять опыт и получить знания из него, прежде всего, нужно использовать опыты с более простой для понимания методикой. Можно дать ученикам недостающие знания, показав вспомогательные опыты, прежде чем переходить к основному.
Обращая внимание учащихся на то, что все условия, кроме одного, одинаковы у опытных и контрольных растений, мы тем самым показываем, что не столь важно для результата опыта, как именно влияют эти условия, так как они действуют и опыте и в контроле, т.е. на все растения данного эксперимента. Но в любом случае необходимо объяснять, почему и с какой целью мы используем в опыте данное вещество (например, растительное масло, кипяченую воду), зачем мы делаем так, как делаем (например, опускаем в сосуд зажженную свечу), т.е. необходимо проводить работу, направленную на осмысление учениками всех действий в эксперименте.
Учителю необходимо понимать смысл всех действий в опыте, чтобы быть готовым ответить на все возможные вопросы учащихся, в том числе и по технике эксперимента. Проведение работы, направленной на осмысление учащимися методики эксперимента - важнейшее условие эффективности демонстрации опыта в этом разделе. Кроме этого, какой бы простой ни была методика школьного опыта, приходится иметь дело со сложнейшими явлениями жизни.[25]
2. МАТЕРИАЛ И МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ
Предпринятое нами исследование было реализовано в рамках активной педагогической практики на базе Элвгинской средней общеобразовательной школы в 2009-2010 гг.
На первом этапе исследования (таблица 2.1.) проводилась работа по изучению теоретических основ по заданной тематике исследования, изучалась возможность использования эксперимента в качестве методов обучении биологии в основной школе. Проводилась работа по выбору класса, который будет участвовать в эксперименте. Исследование было решено проводить в 6-ом классе, так как у учащихся этого класса впервые встречаются с этим школьным предметом, у них уже существует целый ряд сформированных умений и навыков, но еще нет специальных умений, которые так важны в процессе обучения предмета биология.
В течение второго этапа проводилась адаптация учеников класса к данному исследованию. Для этого были проведены специальные внеурочные подготовительные занятия, направленные на выработку специальных умений и навыков, используемых в рамках учебного эксперимента, таких как:
§ результат опыта;
§ вывод;
§ сравнение;
§ анализ;
§ установление нового;
§ подтверждение известного и тд.
Кроме того, в рамках второго этапа, была проведена работа по определению уровня развития познавательных способностей учащихся (по Б. Блуму), проведено психологическое тестирование по отношению к предмету «Биология» и удовлетворённости отношением учителя биологии к своим ученикам.
В рамках третьего этапа был проведен отбор по темам экспериментальных работ, осуществлено планирование работы по подготовке опытов к урокам, проведена подготовительная работа по учебным опытам с растениями.
На четвертом этапе нашего исследования велась работа в классе с применением эксперимента как метода преподавания биологии, затем на пятом этапе был проведен анализ проведенного исследования и тестирование по установлению степени эффективности использования эксперимента в качестве одного из методов обучения биологии.
Таблица 2.1. Планирование работы по использованию эксперимента как метода преподавания биологии.
Этап работы | Сроки | Содержание работы | |
I | Сентябрь 2009г. - ноябрь 2009г. | Изучение теоретических основ по заданной тематике исследования, а также возможность использования эксперимента в качестве методов обучении биологии. | |
II | Ноябрь 2009г. | Адаптация учащихся экспериментального класса. | |
III | Декабрь 2009г. | Планирование работы и ее подготовка. | |
IV | Декабрь 2009, январь, 2010,Февраль 2010г. | Работа в экспериментальном классе. | |
V | Февраль 2010г. | Анализ результатов эксперимента. |
Планирование работы по подготовке опытов к урокам.
Важной особенностью большинства опытов с растениями является их относительно большая длительность (от нескольких дней до недель). В связи с этим необходимо заблаговременно спланировать работу по подготовке опытов к определенным урокам. Эта работа состоит из собственно постановки опыта на готовом объекте (комнатные растения, сельскохозяйственные растения, выращенные из семян) и из выращивания растений для опытов.
Полезно составить таблицу, в которой была бы указана продолжительность, как самих опытов, так и всей работы - от начала выращивания растений для опыта до получения результата в нем. Пользуясь данными таблицы и календарно-тематическим планом учителя, легко спланировать сроки начала работы по всем опытам, которые намечено провести.
Если опытов ставится много, то часть растений, выращенных для одного опыта, может стать объектом для проведения других опытов. Кроме этого, еще проще, можно замачивать и высевать семена фасоли каждые две недели - в тот период, когда предстоит постановка многих опытов, например, в октябре - ноябре.[15]
Подготовительные работы по учебным опытам с растениями.
Выбор и подготовка объектов для опытов.
В качестве объекта для опытов по изучению жизни растений обычно рекомендуются комнатные растении. Из относительно неприхотливых растений наиболее подходящими для этой цели являются: пеларгония, плектрантус, бальзамин, колеус. Лучше если растения будут не очень крупными, в нескольких экземплярах. Кроме того, учебные опыты могут быть проведены на сельскохозяйственных растениях, выращиваемых из семян.
Почти все опыты могут быть поставлены на фасоли обыкновенной, хорошими объектами для ряда опытов являются горох, бобы, рожь, пшеница; в экспериментах по минеральному питанию лучшие результаты получаются на томатах. Сельскохозяйственные культуры в качестве объекта учебных опытов имеют важные преимущества перед комнатными растениями. Их легко вырастить в необходимом количестве к определенному сроку. Опыты ставятся на молодых растениях, которые занимают мало место на окне, под лампой, что существенно для условий школы. Результаты ряда опытов на таких объектах получаются ярче и быстрее, чем на комнатных растениях, что исключительно важно для демонстрационного опыта.
Проращивание семян для опытов.
Проращивать семена необходимо для опытов на проростках и для выращивания растений на воде для других опытов. В почву можно сеять и проросшие и сухие семена. Один из способов проращивания семян заключается в том, что их располагают на лоскуте ткани, сложенном в несколько слоев, обильно увлажненном и положенном на дно плоской посудины. Сухие семена размещают на поверхности подстилки из ткани, прикрывают их краями лоскута, посудину накрывают стеклом или крышкой. Недостатком такого способа является то, что необходимо поддерживать нормальную влажность ткани - смачивать при необходимости или сливать излишек воды.
Выращивание растений на воде.
Для опытов выращивают растения на воде в обычных химических пробирках или в банках на 0,5-1 л. При выращивании растений этим способом необходимо сделать приспособление для удерживания семени на краях пробирки - прикрепить к сухому стеклу перекладину из пластилина или частично закрыть им отверстие пробирки. Пробирки наполняют некипяченой водой и устанавливают вертикально. Воду в пробирках можно не менять в течение 2-3 недель, если она остается прозрачной, при необходимости - доливать, чтобы еще небольшие корни не оказались вне воды, такое выращивание особенно ценно, если необходима для опыта неповрежденная корневая система.[15]
Отобранные экспериментальные работы
Опыты по изучению прорастания семян
Работа № 1. Набухание семян при прорастании.
Цель опыта: показать поглощение воды семенами при их набухании.
Объекты и оборудование: семена фасоли или гороха, две широкогорлые одинаковые стеклянные банки на 0,2-0,3 л; полиэтиленовые крышки или пленка, нитки или резиновые кольца для крепления пленки.
Постановка опыта. В одной банке 10-15 семян заливают водой примерно до половины их высоты («по пояс»), в другой банке столько же семян оставляют сухими - для сравнения в конце опыта. Обе банки закрывают крышками или пленкой, закрепляя последнюю ниткой, или резиновым кольцом. Продолжительность опыта один день. При демонстрации опыта не уроке отмечают большое увеличение размера набухших семян и поглощение ими всей воды, имевшийся в банке.
Работа № 2. Набухание семян в почве.
Цель опыта: показать, что семена при набухании отнимают воду у почвы.
Объекты и оборудование: семена фасоли или гороха, две широкогорлые одинаковые стеклянные банки на 0,2-0,3 л; полиэтиленовые крышки или пленка, нитки или резиновые кольца для крепления пленки, почва.
Постановка опыта. На дно двух банок насыпают почву нормальной влажности слоем 1-1,5 см. В одной банке в почву зарывают 10-15 сухих семян. В обеих банках почву уплотняют, и банки плотно закрывают полиэтиленовыми крышками или пленкой. Результат наблюдается через 1-2 дня.
При демонстрации опыта на уроке обращают внимание учащихся на то, что почва в банке с семенами разрыхлена и заметно иссушена (по сравнению с контрольной банкой без семян), а семена набухли.
Работа № 3. Сила, развеваемая семенами при набухании.
Цель опыта: показать, насколько велика механическая сила, создаваемая набухающим семенами.
Объекты и оборудование: семена гороха; небольшой стеклянный пузырек с пробкой; мелкий песок; пипетка аптечная; две деревянные планки; шпагат; полиэтиленовый мешочек.
Постановка опыта. Пузырек наполняют сухими семенами гороха и песком, добиваясь заполнения всех пустот среди семян. Это делают для того, чтобы разбухающие семена не могли заполнить все пустоты, что уменьшило бы давление семян на стенки пузырька. Затем в пузырек пипеткой вливают воду до полного смачивания песка, и если потребуется, досыпают еще песок. Пузырек закрывают пробкой и зажимают его сверху и снизу деревянными планками, концы которых туго стягивают шпагатом, чтобы семена не вытолкнули пробку и не отклонили дно пузырька, что снизило бы эффект. Всю установку помещают в полиэтиленовый мешочек. Через сутки пузырек оказывается расколотым.
Работа № 4. Необходимость для прорастания семян воды, тепла и доступа воздуха.
Цель опыта: показать, что для прорастания семян необходимо наличие одновременно трех внешних условий - воды, тепла, воздуха.
Объекты и оборудование: семена гороха или фасоли, пшеницы, ржи; четыре одинаковые небольшие банки или колбы, пузырьки; крышки или пробки к сосудам, кипяченая вода.
Постановка опыта. На каждую банку наклеивают этикетку с записью условий, создаваемых семенам: для банки № 1 - «Есть: вода, воздух, тепло», для банки № 2- «Есть: воздух, тепло, нет воды», для банки № 3 - «Есть: вода, тепло, нет воздуха», для банки № 4 - «Есть: вода, воздух, нет тепла». В каждую банку помещают 10-15 семян. В банки №№ 1 и 4 наливают воду «по пояс» семенам, у этих семян есть вода и доступ воздуха. В банку № 3, наливают воду более чем на половину ее высоты, надежно лишая семена доступа воздуха. Все банки закрывают и ставят рядом в комнате, кроме банки № 4, которую помещают в холодное место (в холодильник, между рамами окна, вне помещения). Продолжительность опыта 2-3 дня (для фасоли - лишь при температуре выше 18оС, при более низкой - 5-7 дней).
При демонстрации опыта отмечают, что семена проросли в банке №1, где у них были вода, тепло и доступ воздуха и не проросли в других банках, в каждой из которых не было какого-либо одного условия из имеющихся у проросших семян. Для этого сравнивают банку № 1поочередно с банками №№ 2,3,4. Обращают внимание учащихся на то, что только при таком сравнении можно сделать неопровержимый вывод из опыта о необходимости того или иного условия для прорастания семян. Затем сравнивают (анализируют) все варианты опыта между собой, что позволяет сделать вывод о необходимости для прорастания семян одновременного наличия воды, тепла и воздуха вместе.
Вопросы на осмысление методики опыта. Какие условия созданы для семян в банке № 1 (№ 2,3,4)? Зачем (с какой целью) в одну банку наливают немного воды, а в другую много? (В банке, где много воды семена не имеют доступ к воздуху.) Какие банки нужно сравнивать между собой, чтобы сделать вывод о необходимости того или иного условия прорастания семян? Зачем сравнивают все банки между собой? (Чтобы сделать вывод о необходимости всех условий вместе.) Зачем банку № 1 закрывают крышкой? (Чтобы вода не испарялась.) Почему закрывают крышками все другие банки? (Чтобы они не отличались от банки № 1даже по этому условию.)
